宋向宇

冶金综合实验报告

铝铜粉末制品及性能测试

学院：材料科学与工程

系别：材料与冶金工程

班级：冶金08-2班

组别：第二组

报告人：宋向宇

学号：200820411035

组长：王博

成员：王铭强宿洪亮巴特尔宋向宇陈强

丛日昭王清正张弛李楠楠

一、实验目的

通过本综合实验，使学生掌握粉末冶金的基本工艺，熟悉粉末成形和烧结过程研究方法及测试原理，培养学生进行粉末冶金研究的基本思路和初步能力，为今后从事粉末冶金相关研究与生产及粉末冶金分析测试等工作打下基础。

二、实验原理

2.1 粉末冶金的基本工艺

（1）原料粉末的制备和准备。粉末可以是纯金属或它的合金、非金属、金属与非金属的化合物以及其他各种化合物等；

（2）将金属粉末及各种添加剂均匀混合后制成所需形状的培块；

（3）将培块在物料主要组员熔点以下的温度进行烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。

2.2 粉末成型

主要功能在于：

（1）将粉末成型为所需要的形状；

（2）赋予培体以精确的几何形状与尺寸，这时应考虑烧结时的尺寸变化；

（3）赋予培体要求的孔隙度和孔隙类型；

（4）赋予培体以适当的强度，以便搬运。

根据成型时是否从外部施加压力，可非为压制成型和无压制成型两大类。

压制成型主要有：密闭钢模冷压成型、流体等静压制成型、粉末塑性成型、三轴向压制成型、高能率成型、挤压成型、轧制成型、振动压制成型等；

无压制成型主要有：粉浆浇注、松装烧结等。

2.3 粉末烧结

烧结：压培置于基体金属熔点以下温度（约0.7-0.8T，温度K）加热保温，粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、化合和熔接，致使压培收缩并强化，这一过程称为烧结。

烧结对粉末冶金材料和制品的性能有着决定性的影响。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘接，烧结体的强度增加，密度提高。在烧结过程中，压坯要经过一系列的物理化学变化。开始是水分或有机物的蒸发或挥发，吸附气体的排除，应力的消除，粉末颗粒表面氧化物的还原；继之是原子间发生扩散，粘性流动和塑性流动，颗粒间的接触面增大，发生再结晶和晶粒长大等。出现液相时，还可能

有固相的溶解和重结晶。这些过程彼此之间并无明显的界限，而是穿插进行，互相重叠，互相影响。加之一些其它烧结条件，使整个烧结过程变得很复杂。用粉末烧结的方法可以制得各种纯金属、合金、化合物以及复合材料。

2.4孔隙度的测定

孔隙是粉末冶金材料的固有特性，孔隙度显著的影响粉末冶金材料的机械、物理、化学和工艺性能。由于孔隙的存在，多孔材料具有大的比表面和优良的透过性能，以及易压缩变形，也是它们得到广泛应用的基本原因。孔隙度的测定是控制粉末冶金材料质量的主要方法之一。

在这里使用浸渍试样的方法。首先将清洗干净的试样在空中称重，接着在真空状态下浸渍熔融石蜡、石蜡-泵油或油等液体介质，使全部开孔隙饱和后取出试样，除去表面多余杂质，再一次在空中称重，然后在水中称重，最后，按下列公式计算烧结试样的孔隙度：

三、实验内容

选择合适粒度大小的铝铜粉末充分混合，加入到模具中，在压力机下压制成型（压制力从6—12t），再压制成型的粉末块放入电阻炉进行烧结，以升温速度为500℃/min将试样由室温先升至300℃，保温2--3min，再升温至烧结所需温度，保温1小时，冷却到室温后测定培体的孔隙度、抗磨性能和抗压强度。

四、实验设备与材料

1．实验设备：陶瓷研钵、电阻炉、模具、电子天平、游标卡尺、硬度测试仪、晶相砂纸、微型控制电液伺服万能试验机（SHT4605）

数字式显微硬度计（HXD-1000TM）；

2．实验材料：铝粉、铜粉（成分配比见表1）；

五、实验过程

1.配料：按开始设定的铜铝分配比，将铜粉和铝粉用电子天平分别称取铝粉铜粉，共及11组试样；将每组试样放到研钵中进行研磨，先放铝粉，将其磨10分钟，在放入铜粉与其混合研磨半个小时；

2.用筛子测定所取原料的目数，铝粉的目数在100—200目之间，铜粉的目数在200目以上；

3.压制成型：将研磨好的混合粉末倒入抹有油的模具中利用压机压实成型；用游标卡尺词试样的直径、高，并记录；用电子天平分别称量11组式样的质量计入数据表格；

4.烧结：将压实成型的试样放入坩埚中，用沙土埋实，一个坩埚中放入三个试样，分别用沙土隔开，防止烧结过程中试样被氧化，按照铝铜合金相图设定的烧结温度进行烧结，烧结温度要比设定的温度提高30—40度，以满足问度想坩埚中传导过程足够快，并使试样达到要求的烧结温度，并保温一个小时，之后随

炉冷却至室温；

5.将烧结好的试样用电子天平测每一个个试样的质量，看是否有烧损,再用游标卡尺测试样的直径、高度（计入数据表格中）；

6.将试样浸泡在水中，直到试样不再有气泡冒出，取出后用电子天平称量浸水后的试样质量，再将浸水充分的试样用游标卡尺测直径和高度，计入数据表格；

7.观察金相：用晶相砂纸将试样干燥后试样磨出晶相观察面，在显微镜下观察试样的晶相组织并照相；

8.测硬度：用数字式显微硬度计测量试样的硬度，载荷为200gf ，保荷时间为15s，在每个试样上任意取三个点测取硬度值，计入数据表格；

9.测抗压强度：使用微型控制电液伺服万能试验机（SHT4605）以最大载荷魏66KN，对试样将星抗压强度的测试，该实验过程一试样沿高度方向出现1/3高的裂纹为准；

10.总结分析实验数据，得出实验结论。

六、实验数据分析及实验结果：

1.实验过程测得的数据：

2. 测试样硬度得到的数据：载荷：200gf 保荷时间：15s

3. 抗压强度的测定：最大负荷：66kN

七、实验结果分析

1）温度为548℃,铜含量为3%时

由上可知：试样1、2、3、4铝铜粉末合金在烧结温度为548℃和铜含量为3%的条件下，合金的孔隙率随着压实力的增加而减少。同时又抗压强度数据可知压制压力对抗压强度的影响：由于1号试样在试验中未能及时采集数据所以放弃1号试样的数据由2、3、4号试样进行总结得出在Cu3%，烧结温度548℃的情况下，随着压制力的增大，抗压强度逐渐增大，达到某一压力值时抗压强度达到最大，当超过此值时，抗压强度减小.

2）本组实验：

5样品的孔隙度计算

P=(20.49-19.82)/8.489979

=0.078917